Comparing data mining methods

Depois de feito este estudo e ajustados os parâmetros do interferómetro foi analisada uma outra peça construída em compósito de carbono com uma geometria um pouco mais complexa e defeitos de mais difícil deteção. Este componente apresenta espessura inferior à placa anteriormente estudada, cerca 2 mm, superfície longitudinal curva de raio elevado, superfíc ie transversal ligeiramente curva e tem um reforço de nervura ao longo do comprimento. As caraterísticas geométricas da peça fazem com que seja de mais difícil fixação na mesa ótica e torna mais difícil a deteção de possíveis defeitos.

Esta peça foi fornecida pela empresa Caetano Aeronautic, que fabrica componentes para a indústria aeronáutica, nomeadamente para a Boeing. A peça fornecida é um componente estrutural produzido para o avião militar A400M. Esta peça foi obtida e utilizada para a realização de um trabalho no âmbito da unidade curricular de mecânica experimental, pelo que foi analisada, no LOME, com recurso a duas técnicas de deteção de defeitos, shearography e termografia, sendo, por isso, possível comparar esses resultados com os resultados obtidos nos ensaios no âmbito desta tese.

Inicialmente a peça não apresentava defeitos interlaminares que pudessem ser estudados, por isso, no laboratório de ensaios tecnológicos (LET), a peça foi impactada numa máquina tipo drop tower originando quatro defeitos referentes a quatro energias de impacto diferentes, nomeadamente: 5 J, 10 J, 15 J e 20 J. Os ensaios realizados focaram-se apenas em dois defeitos, no de maior e no de menor energia de impacto. Detetando o defeito correspondente a uma menor energia de impacto é valido assumir-se que todos os outros defeitos seriam detetados. Nas Figura 6.31 e Figura 6.32 mostra-se a peça ensaiada.

Figura 6.31 – Peça em material compósito, fixada na mesa anti vibrátil.

Figura 6.32 – Detalhe da peça da Figura 6.31 mostrando a nervura e a superfície ensaiada.

Os ensaios feitos neste componente tiveram a montagem semelhante aos ensaios anteriores . Contudo, devido à menor espessura da peça a potência da fonte térmica teve que ser reduzida para não provocar um aquecimento demasiado rápido. Para isso foi utilizada uma lâmpada de halogéneo de 250 W posicionada a cerca de 30 mm da peça. A peça foi, também, submetida a preparação da superfície com uma ligeira pintura com tinta branca removível. Os defeitos estão localizados na zona inferior da peça, relativamente à nervura. Na Figura 6.32 pode ver-se a localização dos defeitos marcados pelos círculos azuis. Também é possível ver-se o efeito do spray utilizado para a preparação da superfície. O pó branco que é visível à superfície é depois facilmente removido, não deixando qualquer marca na peça.

Na Figura 6.33 mostra-se a montagem usada para os ensaios da peça e na Figura 6.34 mostra- se um pormenor da montagem, onde é possível observar-se a fonte térmica e os grampos utilizados na fixação da peça.

Figura 6.33 – Montagem para ensaio da peça com o protótipo desenvolvido visível no canto inferior esquerdo.

Figura 6.34 – Pormenor da montagem para ensaio da peça.

Também o método de obtenção de imagens foi diferente dos utilizados nos primeiros ensaios. Verificou-se que os melhores resultados eram obtidos durante o aquecimento ao invés de no

arrefecimento, em que era necessário mais tempo para a obtenção de imagens em que o defeito é percetível. De referir que nessa situação as franjas são de mais fraca qualidade.

As imagens foram obtidas tomando como referência a peça a uma temperatura inferior e posteriormente subtraindo imagens do aquecimento da peça. O defeito torna-se percetível após poucos segundos, aproximadamente 5 s de aquecimento. Ao invés dos ensaios à placa as imagens são obtidas em aquecimento, ou seja, com a lâmpada ligada. Após poucos segundos do surgimento de franjas na zona do defeito observa-se a homogeneização da image m, perdendo-se a informação sobre o defeito. Nestas imagens vêem-se franjas que indiciam a presença do defeito e existem outras franjas que devem ser interpretadas como resultado das características próprias da peça.

Os parâmetros usados na realização dos ensaios foram escolhidos de acordo com os resultados obtidos nos ensaios iniciais. Justifica-se a escolha de uma abertura de 4 mm porque este é o valor máximo que produz imagens com a intensidade ideal sem recurso ao filtro e porque teoricamente dá origem a um tamanho de grão ligeiramente superior a dois pixéis, segundo a Eq. 4.41 A abertura de 11mm é o valor teoricamente gera tamanho de grão ideal, considerando que este deve ter a mesma dimensão do píxel, neste caso é já necessário o uso do filtro para controlo de saturação. Optou-se, também, pela realização de ensaios com valor de abertura máxima. Na Tabela 6.2 mostram-se os parâmetros de shear e diâmetro da abertura aplicados nos ensaios de cada defeito que foi analisado individualmente, ou seja, faz-se a montagem para o ensaio a um defeito e aplicam-se os parâmetros segundo a sequencia descrita na Tabela 6.2 para esse defeito. Depois fez-se nova montagem para ensaio do outro defeito e aplicou-se a mesma sequência.

Tabela 6.2 – Parâmetros para inspeção da peça.

Parâmetros de abertura e shear

Shear 2 mm Abertura 4 mm Defeito 4 Abertura 11mm Abertura máxima Shear 4 mm Abertura 4 mm Defeito 2 Defeito 4 Abertura 11mm Abertura máxima Shear 9 mm Abertura 4 mm Defeito 2 Defeito 4 Abertura 11mm Abertura máxima Shear 22 mm Abertura 4 mm Defeito 2 Defeito 4 Abertura 11mm Abertura máxima

Após a realização dos ensaios foi possível verificar a existência de ambos os defeitos para todos os parâmetros testados. É possível perceber-se com clareza que existe um defeito no componente na zona em este foi impactado. Observando em tempo real, à medida que a peça é

termicamente solicitada, percebe-se que existem franjas que a percorrem e é possível detetar um comportamento local na região do defeito. Nas Figura 6.35 a Figura 6.42 mostram- se imagens dos dois defeitos analisados, 5 J e 20 J, obtidas para um shear de 9 mm e diâmetro de abertura de 11mm, em diferentes instantes de tempo. Para cada defeito são apresentadas quatro imagens que pretendem ilustrar a propagação de franjas, que indiciam a presença do defeito. Os quatro instantes representam saltos temporais de cerca de 2 s, ou seja a imagem do instante 1 foi obtida 2 s após o início da solicitação, o instante 2 obtido 2 s após o instante 1 e assim sucessivamente.

Figura 6.35 – Defeito 5 J. Shear 9 mm. Abertura 11 mm. Instante 1. Peça Caetano aeronáutica.

Figura 6.36 - Defeito 5 J. Shear 9 mm. Abertura 11 mm. Instante 2. Peça Caetano aeronáutica

Figura 6.37 - Defeito 5 J. Shear 9 mm. Abertura 11 mm. Instante 3. Peça Caetano aeronáutica.

Figura 6.38 - Defeito 5 J. Shear 9 mm. Abertura 11 mm. Instante 4. Peça Caetano aeronáutica.

Comparando os dois conjuntos de imagens percebe-se, tal como é espectável, que a severidade do dano provocado pelo impacto de 20 J é maior que o impacto de 5 J. Isto pode ser percebido pela diferença do tamanho do defeito e pela densidade de franjas na zona do defeito, que são indicativo de um maior gradiente de deslocamentos.

É possível comparar estas imagens com imagens obtidas com recurso a outro aparelho de shearography, que existe no LOME, com o qual é possível analisar uma área consideravelme nte superior. Embora o software de processamento de imagem seja idêntico, todos os componentes óticos e o sensor CCD tem melhores propriedades óticas. Este aparelho apresenta mais capacidade e é capaz de produzir imagens com boa qualidade, por isso é uma boa referência para comparação. Nas Figura 6.43 e Figura 6.44 apresentam-se alguns resultados obtidos com recurso a esse aparelho.

Os ensaios foram feitos com excitação térmica. As imagens obtidas são mapas de fase e não padrões de interferência. Estes mapas foram obtidos com a técnica de modulação temporal de fase com 4 imagens e salto de fase π/2. O programa usado faz, também, pós-processamento que filtra a imagem e remove as descontinuidades do cálculo de fase produzindo uma distribuição contínua desta grandeza.

Figura 6.39 - Defeito 20 J. Shear 9 mm. Abertura 11 mm. Instante 1. Peça Caetano aeronáutica.

Figura 6.40 - Defeito 20 J. Shear 9 mm. Abertura 11 mm. Instante 2. Peça Caetano aeronáutica.

Figura 6.41 - Defeito 20 J. Shear 9 mm. Abertura 11 mm. Instante 3 Peça Caetano aeronáutica.

Figura 6.42 - Defeito 20 J. Shear 9 mm. Abertura 11 mm. Instante 4. Peça Caetano aeronáutica.

Figura 6.43 – Defeitos salto de fase.

Figura 6.44 – Defeitos salto de fase.

Analisando as Figura 6.43 e Figura 6.44 nota-se a existência de quatro defeitos e de dois dos três furos que o componente tem.

Com base nos resultados obtidos com o interferómetro, que mostram claramente a presença e a severidade relativa dos defeitos, pode admitir-se que a técnica de modulação temporal de fase aplicada ao interferómetro resultaria em imagens semelhantes às mostradas nas Figura 6.43 e

Figura 6.44. Na Figura 6.45 mostram uma imagem de mapa de fase da análise da peça com os respetivos defeitos e furos destacados.

Figura 6.45 – Peça com defeitos destacados.

6.2 Considerações finais de capítulo

Usando apenas a subtração de dois padrões de interferência foi possível detetar a presença do dano nos defeitos estudados.

Comparando os padrões de franjas de cada defeito percebe-se a diferença da severidade do dano. No entanto, sem técnicas de processamento de imagem adequadamente calibradas não é possível quantifica- lo.

A calibração dos componentes não é simples e envolve alguma minúcia por parte do operador. A precaridade do interferómetro gera dificuldades de operação que resultam, por exemplo, na desfocagem de uma imagem em relação à outra. Seria possível melhorar esta característica com uma melhor fixação dos elementos. No entanto, do ponto de vista académico isso não se revelou uma necessidade para a obtenção de resultados.

Tempos de utilização longos provocam aquecimento excessivo da camara. Isto pode provocar, por exemplo, uma diminuição da relação sinal/ruido ou em último caso danificar o sensor CCD. Poderia minimizar-se este problema, por exemplo, incorporando no projeto uma massa térmica e dissipador de calor.